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华山新麦草(Psathyrostachys huashanica)是禾本科(Poaceae)大麦族新麦草属(Psathyrostachys)多年生草本植物,是国家Ⅰ类珍稀濒危植物和急需保护的农作物野生亲缘物种。具有抗寒、抗旱、早熟、优质、抗多种病害等优良特性。小麦低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)对小麦品质具有重要影响,可以形成与面筋强度有关的聚合体。为了挖掘和利用华山新麦草的优良基因,扩大小麦品质种质资源,为小麦转基因提供可靠的基因资源,本文根据已经发表的小麦属LMW-GS基因序列,设计引物,采用聚合酶链式反应技术(PCR)对华山新麦草低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)基因进行了基因克隆和序列分析,将获得的基因序列命名为HS--LMW-1。其结果如下:
1.HS-LMW-1基因与小麦的近缘种属的物种LMW-GS基因具有较高一致性,并且根据HS-LMW-1基因序列而推测的多肽序列与普通小麦、钩刺山羊草、中间偃麦草的LMW-GS也具有较高的一致性,并且该多肽序列结构与Cassidy et al.(1998)建立的LMW-GS多肽结构模型一致,所以HS-LMW-1基因就是华山新麦草LMW-GS基因。华山新麦草LMW-GS长为866bp。
2.LMW-GS基因序列在编码区的不仅在小麦属具有保守性,而且在小麦属和华山新麦草间也具有的保守性。
3.华山新麦草LMW-GS基因是位于Ns3位点。
4.根据通用三联体密码推导的氨基酸序列显示,该序列具有单一完整的开放阅读框(ORF),其中在3’有长24个碱基的非翻译区,在5’端有17个碱基的非翻译区,可编码274个氨基酸残基的成熟蛋白。华山新麦草低分量谷蛋白多肽结构包括由22个氨基酸残基组成的信号肽(signal peptide),13个氨基酸残基组成的N-末端保守区(N-terminal do-main),N-末端区之后是由重复短肽组成的重复区(repetitive domain),116个氨基酸残基组成,该区富含谷氨酰胺(Q)和脯氨酸(P),含有14个重复单元、13种短肽,其中PPFSQQQQ是重复次数最多的短肽。最后是保守的C-末端区(C-terminal domain),由123个氨基酸残基组成,该区域共有5个半胱氨酸残基。华山新麦草LMW-GS多肽结构与Cassidy et al.(1998)建立的LMW-GS多肽结构模型一致。华山新麦草低分子量谷蛋白亚基属于LMW-m型,而华山新麦草低分子量谷蛋白N-末端氨基酸序列为METGRIPSL,与普通小麦METSRIPGL-类型相比G,S位置互换。
5.多肽序列第36-67位,80-103位,110-147位的区域为多肽内部不规则区;166-267位的区域为Tryp.alpha.amyl区。6-21,7-20,217-227,218-225片段为跨膜区。蛋白的二级结构主要α螺旋,延伸链,无规则卷曲组成。该蛋白预测存在于细胞外,可能为分泌蛋白。华山新麦草LMW-GS基因序列的获得,对开发和保护华山新麦草这一濒危物种,挖掘和利用华山新麦草的优良基因,丰富小麦属品质相关基因种质资源,扩大小麦转基因的基因来源,具有比较重要的理论和实践意义。